Stability of Free Surface Flows in Capillary Channels with Rectangular Cross-Sections

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Diese Arbeit handelt von der erzwungenen Strömung durch teilweise offene Kapillarkanäle unter Schwerelosigkeit. Die untersuchten Kanäle bestehen aus zwei parallelen Glasplatten, welche durch eine oder zwei Flüssigkeitsoberflächen entlang der offenen Seiten begrenzt sind. Die Form des Kanals ähnelt den Kapillarkanälen, wie sie auch in Treibstoffhandhabungs-Systemen von Oberflächenspannungstanks von Satelliten Anwendung finden. Die Strömung im Kanal wird instabil, wenn die freie Oberflache kollabiert und ein Gaseinbruch in die Flüssigkeitsströmung auftritt – ein Prozess, der auch als „Choking“-Phänomen bezeichnet wird. Kapillartechniken mit freien Oberflächen sind ein wichtiger Bestandteil für raumfahrtbezogene und terrestrische Anwendungen. Da sie aus keinen beweglichen Teilen bestehen, sind sie eine sehr verlässliche Methode der Flüssigkeitskontrolle. In dieser Arbeit wird die erzwungene, isotherme und inkompressible Kapillarströmung theoretisch, experimentell und numerisch untersucht. Die zuvor veröffentlichte Stabilitätstheorie wurde einer tiefgreifenden Überprüfung unterzogen. Ein Langzeitexperiment (CCF – Capillary Channel Flow) wurde auf der Internationalen Raumstation ISS durchgeführt, um die Theorie zu validieren und deren Geltungsbereich in einem multidimensionalen Parameterraum zu bestimmen.